DE102022106791A1 - MIMO RADAR DEVICE AND MIMO RADAR METHOD - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine MIMO-Radarvorrichtung, die eine Senderschaltung mit einer Mehrzahl von Sendekanälen umfasst. Die Senderschaltung ist ausgebildet, über einen ersten Sendekanal eine erste Sequenz von FMCW-Radar-Chirps derart zu senden, dass die Start- und/oder Stoppfrequenzen jedes von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz voneinander verschieden sind. Die Senderschaltung ist ausgebildet, über einen zweiten Sendekanal eine zweite Sequenz von FMCW-Radar-Chirps zu senden, wobei die Start- und/oder Stoppfrequenzen jedes von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der zweiten Sequenz voneinander verschieden sind. Die erste und die zweite Sequenz von FMCW-Radar-Chirps werden gleichzeitig gesendet. Die Steuerschaltung ist ausgebildet, den ersten und den zweiten Sendekanal zu steuern, um Phasen der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz und der zweiten Sequenz gemäß einem vordefinierten Doppler-Divisions-Multiplex-, DDM-, Schema einzustellen.The present disclosure relates to a MIMO radar device that includes a transmitter circuit with a plurality of transmission channels. The transmitter circuit is designed to transmit a first sequence of FMCW radar chirps via a first transmission channel such that the start and/or stop frequencies of each of at least a portion of the FMCW radar chirps of the first sequence are different from one another. The transmitter circuit is designed to transmit a second sequence of FMCW radar chirps via a second transmission channel, the start and/or stop frequencies of each of at least a portion of the FMCW radar chirps of the second sequence being different from one another. The first and second sequences of FMCW radar chirps are transmitted simultaneously. The control circuit is configured to control the first and second transmit channels to adjust phases of the FMCW radar chirps of the first sequence and the second sequence according to a predefined Doppler Division Multiplex, DDM, scheme.
Description
GebietArea
Die vorliegende Offenbarung betrifft Radarsysteme und insbesondere MIMO- (Multi Input Multi Output-) Radarkonzepte, die mehrere Sendekanäle, einen oder mehrere Empfangskanäle und mehrere Wellenformen einsetzen.The present disclosure relates to radar systems and in particular to MIMO (Multi Input Multi Output) radar concepts that employ multiple transmit channels, one or more receive channels and multiple waveforms.
Hintergrundbackground
Automobil-Radare sind zusammen mit anderen Umgebungssensoren, wie beispielsweise Lidar, Ultraschall und Kameras, eines der Rückgrate von selbstfahrenden Autos und fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADASs; advanced driver assistant systems). Diese technologischen Fortschritte werden durch komplexe Systeme mit Signalverarbeitungspfaden von Radaren/Sensoren an eine oder mehrere Steuerungen ermöglicht. Automobil-Radarsysteme ermöglichen die Detektion von Objekten und Hindernissen, deren Position und Geschwindigkeit relativ zu einem Fahrzeug. Die Entwicklung von Signalverarbeitungstechniken zusammen mit dem Fortschritt in der Millimeterwellen- (mm-wave; mm-Welle) Halbleitertechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei Automobil-Radarsystemen. Verschiedene Signalverarbeitungstechniken wurden entwickelt, um eine bessere Auflösungs- und Schätzungsperformance bei allen Messdimensionen bereitzustellen: Entfernung, Azimut-/Elevations-Winkel und Geschwindigkeit der Ziele, die die Fahrzeuge umgeben.Automotive radars, along with other environmental sensors such as lidar, ultrasound, and cameras, are one of the backbones of self-driving cars and advanced driver assistance systems (ADASs). These technological advances are made possible by complex systems with signal processing paths from radars/sensors to one or more controllers. Automotive radar systems enable the detection of objects and obstacles, their position and speed relative to a vehicle. The development of signal processing techniques along with advances in millimeter wave (mm-wave) semiconductor technology plays a critical role in automotive radar systems. Various signal processing techniques have been developed to provide better resolution and estimation performance in all measurement dimensions: range, azimuth/elevation angle and speed of the targets surrounding the vehicles.
Bei frequenzmodulierten Dauerstrich- (FMCW-; frequency-modulated continuous-wave) Radarsystemen ist beispielsweise bekannt, dass sie Information zu Entfernung, Geschwindigkeit und Winkeln durch Ausführen von mehreren Fast-Fourier-Transformationen (FFTs; Fast Fourier Transformations) auf Abtastwerten von Radarmischerausgaben erhalten. Eine erste FFT, auch allgemein als Entfernungs-FFT bezeichnet, ergibt Entfernungsinformation. Eine zweite FFT über die entfernungstransformierten Abtastwerte, auch allgemein als Doppler-FFT bezeichnet, ergibt Geschwindigkeitsinformation. Die ersten und zweiten FFTs ergeben eine sogenannte 2D-Entfernungs-/Doppler-Karte, umfassend Entfernungs- und Geschwindigkeits- (FFT-) Bins. Eine dritte FFT, die Phaseninformation von Signalen von unterschiedlichen Antennenelementen eines (virtuellen) Antennen-Arrays umfasst, kann zusätzliche Raum- oder Winkelinformation - sogenannte Ankunftsrichtungs- (DoA; Direction-of-Arrival-) Information - ergeben.For example, frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar systems are known to obtain range, speed, and angle information by performing multiple Fast Fourier Transforms (FFTs) on samples of radar mixer outputs . A first FFT, also commonly referred to as a range FFT, provides range information. A second FFT over the distance-transformed samples, also commonly referred to as a Doppler FFT, provides velocity information. The first and second FFTs result in a so-called 2D range/Doppler map including range and velocity (FFT) bins. A third FFT, which includes phase information of signals from different antenna elements of a (virtual) antenna array, can yield additional spatial or angular information - so-called direction-of-arrival (DoA) information.
MIMO (Multiple Input Multiple Output; Mehrere-Eingänge-Mehrere-Ausgänge) findet breite Anwendung, um die effektive Radaraperturgröße zu vergrößern, indem ein virtuelles Empfängerarray durch eine Kombination von physisch implementierten mehreren Senderkanälen und/oder mehreren Empfängerkanälen synthetisiert wird. Um Virtuelles-Array-Information von beschränkten physischen Arrays zu synthetisieren, ist eine Trennung von reflektierten Signalen, die an jedem Empfängerkanal von unterschiedlichen Sendern empfangen werden, eine wichtige Prozedur bei der MIMO-Technologie. Ebenso wichtig ist die Identifizierung der entsprechenden Sender jedes reflektierten Signals in jedem Empfängerkanal.MIMO (Multiple Input Multiple Output) is widely used to increase the effective radar aperture size by synthesizing a virtual receiver array through a combination of physically implemented multiple transmitter channels and/or multiple receiver channels. To synthesize virtual array information from limited physical arrays, separation of reflected signals received at each receiver channel from different transmitters is an important procedure in MIMO technology. Equally important is the identification of the corresponding transmitters of each reflected signal in each receiver channel.
Somit besteht ein Bedarf an einer möglichst großen virtuellen Array-Synthese mit hoher Auflösung und guter Identifizierung entsprechender Sender.There is therefore a need for the largest possible virtual array synthesis with high resolution and good identification of corresponding transmitters.
ZusammenfassungSummary
Dieser Bedarf wird durch MIMO-Radarvorrichtungen und -verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen erfüllt. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden durch die abhängigen Ansprüche angesprochen.This need is met by MIMO radar devices and methods according to the independent claims. Further advantageous embodiments are addressed by the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt schlägt die vorliegende Offenbarung eine MIMO-Radarvorrichtung vor. Die MIMO-Radarvorrichtung umfasst eine Senderschaltung, die eine Mehrzahl von Sendekanälen umfasst. Die Senderschaltung ist ausgebildet, über einen ersten Sendekanal eine erste Sequenz (oder einen Rahmen) von FMCW-Radar-Chirps (oder Rampen) zu senden. Die Start- und/oder Stoppfrequenzen jedes von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz sind voneinander verschieden. Ferner ist die Senderschaltung ausgebildet, über einen zweiten Sendekanal eine zweite Sequenz (oder einen zweiten Rahmen) von FMCW-Radar-Chirps zu senden. Die Start- und/oder Stoppfrequenzen von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der zweiten Sequenz sind voneinander verschieden. Die Senderschaltung ist ausgebildet, die erste und die zweite Sequenz von FMCW-Radar-Chirps gleichzeitig (simultan) zu senden. Die MIMO-Radarvorrichtung umfasst ferner eine Steuerschaltung, die ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Sendekanal zu steuern, um Phasen der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz und der zweiten Sequenz gemäß einem vordefinierten Doppler-Divisions-Multiplex-, DDM-, Schema einzustellen.According to a first aspect, the present disclosure proposes a MIMO radar device. The MIMO radar device includes a transmitter circuit that includes a plurality of transmission channels. The transmitter circuit is designed to transmit a first sequence (or a frame) of FMCW radar chirps (or ramps) via a first transmission channel. The start and/or stop frequencies of each of at least a portion of the FMCW radar chirps of the first sequence are different from each other. Furthermore, the transmitter circuit is designed to transmit a second sequence (or a second frame) of FMCW radar chirps via a second transmission channel. The start and/or stop frequencies of at least a portion of the FMCW radar chirps of the second sequence are different from each other. The transmitter circuit is designed to transmit the first and second sequences of FMCW radar chirps simultaneously (simultaneously). The MIMO radar device further includes a control circuit configured as the first and control the second transmit channel to adjust phases of the FMCW radar chirps of the first sequence and the second sequence according to a predefined Doppler Division Multiplex, DDM, scheme.
Üblicherweise sind die Start- und Stoppfrequenzen jedes FMCW-Radar-Chirps innerhalb einer Chirp-Sequenz identisch. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schlagen jedoch variierende Start- und/oder Stoppfrequenzen innerhalb einer Chirp-Sequenz vor. Dadurch kann die effektive Modulationsbandbreite erhöht werden, um eine höhere Entfernungsauflösung bei längerer Entfernung zu erreichen.Typically, the start and stop frequencies of each FMCW radar chirp within a chirp sequence are identical. However, embodiments of the present disclosure suggest varying start and/or stop frequencies within a chirp sequence. This allows the effective modulation bandwidth to be increased to achieve higher range resolution at longer distances.
Bei DDM werden die von verschiedenen Sendekanälen gleichzeitig gesendeten FMCW-Radar-Chirps durch unterschiedliche Phasenfolgen moduliert, sodass die jeweiligen Empfangssignale in einem Empfänger basierend auf den jeweiligen Phasenfolgen getrennt/decodiert werden können. Bei Ausführungsbeispielen können die jeweiligen Phasen der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz und der zweiten Sequenz, die gemäß dem DDM-Schema eingestellt wurden, für eine vollständige FMCW-Chirp-Periode (Intervall) unverändert beibehalten werden, während für die folgende FMCW-Chirp-Periode eine jeweilige neue Phase gemäß dem DDM-Schema eingestellt und für die vollständige FMCW-Chirp-Periode unverändert beibehalten werden kann usw. Somit kann das DDM-Schema ein chirp-weises DDM-Schema sein, bei dem eine sendekanalspezifische Phaseneinstellung über die gesamte Periode des FMCW-Chirps beibehalten wird und dann für den nächsten Chirp sendekanalspezifisch geändert werden kann. DDM wird manchmal auch als Code-Division-Multiplexing (CDM) bezeichnet. Der Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, wird jedoch erkennen, dass Ausführungsbeispiele nicht auf erste und zweite Sendekanäle beschränkt sind. Es ist eine beliebige Anzahl von Sendekanälen möglich. Insbesondere werden bei einigen Ausführungsbeispielen drei Sendekanäle vorgeschlagen.In DDM, the FMCW radar chirps transmitted simultaneously from different transmission channels are modulated by different phase sequences, so that the respective received signals can be separated/decoded in a receiver based on the respective phase sequences. In embodiments, the respective phases of the FMCW radar chirps of the first sequence and the second sequence adjusted according to the DDM scheme may be maintained unchanged for a complete FMCW chirp period (interval), while for the following FMCW Chirp period, a respective new phase can be set according to the DDM scheme and maintained unchanged for the complete FMCW chirp period, etc. Thus, the DDM scheme can be a chirp-wise DDM scheme in which a transmit channel-specific phase adjustment can be made via the The entire period of the FMCW chirp is retained and can then be changed for the next chirp on a transmission channel-specific basis. DDM is sometimes referred to as code division multiplexing (CDM). However, those skilled in the art who take advantage of the present disclosure will recognize that embodiments are not limited to first and second broadcast channels. Any number of broadcast channels is possible. In particular, three transmission channels are suggested in some exemplary embodiments.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung der MIMO-Radarvorrichtung ausgebildet, den ersten und den zweiten Sendekanal derart zu steuern, dass die jeweiligen FMCW-Radar-Chirps der ersten und der zweiten Sequenz eine gleiche jeweilige Dauer und/oder eine gleiche jeweilige Frequenzbandbreite zwischen der jeweiligen Start- und Stoppfrequenz aufweisen. Somit können ein FMCW-Radar-Chirp der ersten Sequenz und ein gleichzeitig gesendeter FMCW-Radar-Chirp der zweiten Sequenz die gleiche Dauer und/oder die gleiche Bandbreite aufweisen. Insbesondere können ein FMCW-Radar-Chirp der ersten Sequenz und ein gleichzeitig gesendeter FMCW-Radar-Chirp der zweiten Sequenz gleiche jeweilige Start- und Stoppfrequenzen aufweisen. Anders ausgedrückt, die Steuerschaltung kann ausgebildet sein, den ersten und den zweiten Sendekanal zu steuern, um zu veranlassen, dass jeweilige gleichzeitige FMCW-Radar-Chirps der ersten und der zweiten Sequenz die gleiche Start- und Stoppfrequenz aufweisen. Die jeweiligen Start- und Stoppfrequenzen können sich jedoch innerhalb oder während einer Sequenz von FMCW-Radar-Chirps ändern.In some embodiments, the control circuit of the MIMO radar device is configured to control the first and second transmission channels such that the respective FMCW radar chirps of the first and second sequences have a same respective duration and/or a same respective frequency bandwidth between the respective ones Have start and stop frequency. Thus, an FMCW radar chirp of the first sequence and a simultaneously transmitted FMCW radar chirp of the second sequence can have the same duration and/or the same bandwidth. In particular, an FMCW radar chirp of the first sequence and a simultaneously transmitted FMCW radar chirp of the second sequence can have the same respective start and stop frequencies. In other words, the control circuit may be configured to control the first and second transmission channels to cause respective simultaneous FMCW radar chirps of the first and second sequences to have the same start and stop frequencies. However, the respective start and stop frequencies may change within or during a sequence of FMCW radar chirps.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, den ersten und den zweiten Sendekanal derart zu steuern, dass sich die Startfrequenzen jedes nachfolgenden Paares von nachfolgenden FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz um einen vordefinierten Frequenzversatz unterscheiden und sich die Startfrequenzen jedes nachfolgenden Paares von nachfolgenden FMCW-Radar-Chirps der zweiten Sequenz um den gleichen vordefinierten Frequenzversatz unterscheiden. Somit kann die Startfrequenz eines nachfolgenden FMCW-Radar-Chirps in jeder der Sequenzen um den vordefinierten Frequenzversatz in Bezug auf einen vorhergehenden FMCW-Radar-Chirp ansteigen oder abfallen. Anders ausgedrückt, die Steuerschaltung kann ausgebildet sein, den ersten und den zweiten Sendekanal derart zu steuern, dass die Startfrequenzen jedes nachfolgenden Paares von nachfolgenden FMCW-Radar-Chirps der ersten und der zweiten Sequenz um den vordefinierten Frequenzversatz ansteigen oder abfallen. Dies kann eine effektive Frequenzmodulationsbandbreite und damit die erreichbare Entfernungsauflösung erhöhen.In some embodiments, the control circuit is configured to control the first and second transmission channels such that the start frequencies of each subsequent pair of subsequent FMCW radar chirps of the first sequence differ by a predefined frequency offset and the start frequencies of each subsequent pair of subsequent FMCW -Radar chirps of the second sequence differ by the same predefined frequency offset. Thus, the starting frequency of a subsequent FMCW radar chirp in each of the sequences may increase or decrease by the predefined frequency offset with respect to a previous FMCW radar chirp. In other words, the control circuit may be configured to control the first and second transmission channels such that the starting frequencies of each subsequent pair of subsequent FMCW radar chirps of the first and second sequences increase or decrease by the predefined frequency offset. This can increase an effective frequency modulation bandwidth and thus the achievable distance resolution.
Gemäß dem vordefinierten DDM-Schema kann die Steuerschaltung ausgebildet sein, jedem Sendekanal eine einmalige Sequenz von Phasen zuzuweisen, die auf die jeweilige Sequenz von FMCW-Chirps des jeweiligen Sendekanals angewendet wird. Somit weist jeder Sendekanal seine einmalige dedizierte Sequenz von Phasen auf. Auf einer Empfängerseite können dann verschiedene Sendekanäle basierend auf den jeweiligen sendekanalspezifischen Sequenzen von Phasen identifiziert werden. Wie bereits erläutert, kann eine Phase, die auf einen FMCW-Chirp angewendet wird, als anfänglicher Phasenversatz verstanden werden, der während der Dauer des FMCW-Chirps konstant bleibt. Die Phasen (oder Phasenversätze) der verschiedenen FMCW-Chirps innerhalb einer Sequenz von FMCW-Chirps können jedoch variieren.According to the predefined DDM scheme, the control circuit can be designed to assign each transmission channel a unique sequence of phases, which is applied to the respective sequence of FMCW chirps of the respective transmission channel. Thus, each transmit channel has its unique dedicated sequence of phases. On a receiver side, different transmission channels can then be identified based on the respective transmission channel-specific sequences of phases. As previously explained, a phase applied to an FMCW chirp can be understood as an initial phase offset that remains constant throughout the duration of the FMCW chirp. However, the phases (or phase offsets) of the different FMCW chirps within a sequence of FMCW chirps may vary.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, die Phasen für das vordefinierte DDM-Schema aus einem M-ären Phasenmodulationsalphabet auszuwählen, wobei M ≥ 2 eine Ganzzahl ist. Dies bedeutet, dass die verschiedenen Phasen für die FMCW-Chirps aus einer endlichen Anzahl von M alternativen Phasen ausgewählt werden können. Beispiele für Modulationsalphabete wären BPSK (Binary Phase Shift Keying; binäre Phasenumtastung), QPSK (Quaternary Phase Shift Keying; quaternäre Phasenumtastung), 8-PSK und Ähnliche. Insbesondere BPSK kann nützlich sein. Dies kann Mehrdeutigkeiten auf der Empfängerseite reduzieren.In some embodiments, the control circuit is configured to select the phases for the predefined DDM scheme from an M-ary phase modulation alphabet, where M ≥ 2 is an integer. This means that the different phases for the FMCW chirps consist of a finite number of M alternative phases can be selected. Examples of modulation alphabets would be BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quaternary Phase Shift Keying), 8-PSK and the like. BPSK in particular can be useful. This can reduce ambiguity on the receiving end.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, den FMCW-Chirps der ersten Sequenz eine erste vordefinierte Phase zuzuweisen. Die erste vordefinierte Phase kann beispielsweise eine konstante Phase von z. B. 0° oder 180° sein und kann auf jeden FMCW-Chirp der ersten Sequenz angewendet werden (z. B. keine Phasenmodulation der ersten Sequenz von FMCW-Chirps). Ferner kann die Steuerschaltung ausgebildet sein, den FMCW-Chirps der zweiten Sequenz die erste Phase und eine andere zweite Phase zuzuweisen. Wenn die erste Phase 0° ist, kann die zweite Phase z. B. 180° sein. Wenn die erste Phase 180° ist, kann die zweite Phase z. B. 0° sein. Eine Phasendifferenz von 180° zwischen der ersten und der zweiten Phase kann nützlich sein. Beispielsweise können die erste Phase und die zweite Phase abwechselnd nachfolgenden FMCW-Chirps der zweiten Sequenz zugewiesen werden (z. B. 0° | 180° | 0° | 180°| ...). Es sind aber auch andere Phasenmuster denkbar (z. B. 0° | 0° | 180° | 180°| 0° | 0° | 180° | 180°| ...). Gleichzeitig (simultan) gesendete FMCW-Chirps der ersten und der zweiten Sequenz weisen vorbestimmte Phasendifferenzen auf. Die vorbestimmten Phasendifferenzen können eine erste und eine zweite vorbestimmte Phasendifferenz umfassen. Beispielsweise kann die erste vorbestimmte Phasendifferenz 0° sein, wenn gleichzeitig gesendete FMCW-Chirps der ersten und zweiten Sequenz beide die erste Phase verwenden. Andererseits kann die zweite vorbestimmte Phasendifferenz 180° sein, wenn gleichzeitig gesendete FMCW-Chirps der ersten und zweiten Sequenz Verschiedene der ersten und der zweiten Phase verwenden.In some embodiments, the control circuit is designed to assign a first predefined phase to the FMCW chirps of the first sequence. The first predefined phase can, for example, be a constant phase of z. B. 0° or 180° and can be applied to any FMCW chirp of the first sequence (e.g. no phase modulation of the first sequence of FMCW chirps). Furthermore, the control circuit can be designed to assign the first phase and another second phase to the FMCW chirps of the second sequence. If the first phase is 0°, the second phase can e.g. B. be 180°. If the first phase is 180°, the second phase can e.g. B. be 0°. A phase difference of 180° between the first and second phases can be useful. For example, the first phase and the second phase can be alternately assigned to subsequent FMCW chirps of the second sequence (e.g. 0° | 180° | 0° | 180° | ...). However, other phase patterns are also conceivable (e.g. 0° | 0° | 180° | 180°| 0° | 0° | 180° | 180°| ...). Simultaneously transmitted FMCW chirps of the first and second sequences have predetermined phase differences. The predetermined phase differences may include first and second predetermined phase differences. For example, the first predetermined phase difference may be 0° if simultaneously transmitted FMCW chirps of the first and second sequences both use the first phase. On the other hand, when simultaneously transmitted FMCW chirps of the first and second sequences use different ones of the first and second phases, the second predetermined phase difference may be 180°.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, die erste Phase einem ersten FMCW-Chirp der zweiten Sequenz und die zweite Phase einem nachfolgenden zweiten FMCW-Chirp der zweiten Sequenz (z. B. 0° | 180° | ...) zuzuordnen, während zwei aufeinanderfolgende FMCW-Chirps der ersten Sequenz mit der ersten Phase (z. B. 0° | 0° | ...) gesendet werden. Dies entspricht einer durchgehenden Verwendung der ersten Phase für FMCW-Chirps der ersten Sequenz und einer abwechselnden Verwendung der ersten und der zweiten Phase für FMCW-Chirps der zweiten Sequenz. Auf diese Weise können der erste und der zweite Sendekanal identifiziert und auf einer Empfängerseite getrennt werden.In some embodiments, the control circuit is designed to assign the first phase to a first FMCW chirp of the second sequence and the second phase to a subsequent second FMCW chirp of the second sequence (e.g. 0° | 180° | ...), while two consecutive FMCW chirps of the first sequence with the first phase (e.g. 0° | 0° | ...) are sent. This corresponds to a continuous use of the first phase for FMCW chirps of the first sequence and an alternating use of the first and second phases for FMCW chirps of the second sequence. In this way, the first and second transmission channels can be identified and separated on a receiver side.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, der ersten Sequenz von FMCW-Chirps eine Sequenz von ersten Phasen zuzuweisen. Die ersten Phasen umfassen entweder einen ersten Phasenwert (z. B. 0°) oder einen zweiten Phasenwert (z. B. 180°, wobei sich der erste Phasenwert und der zweite Phasenwert um 180° unterscheiden. Auf die erste Sequenz von FMCW-Chirps kann also nur eine der der ersten und der zweiten Phase angewendet werden. Ferner kann die Steuerschaltung ausgebildet sein, der zweiten Sequenz von FMCW-Chirps eine Sequenz von zweiten Phasen zuzuweisen. Die zweiten Phasen umfassen einen dritten Phasenwert (z. B. 0° oder 45°) und einen vierten Phasenwert (z. B. 180° oder 225°), wobei der dritte Phasenwert und der vierte Phasenwert sich um 180° unterscheiden. So kann nur einer des ersten und des zweiten Phasenwertes auf die erste Sequenz von FMCW-Chirps angewendet werden, und sowohl der dritte als auch der vierte Phasenwert können auf die zweite Sequenz von FMCW-Chirps angewendet werden. Zumindest einer von dem ersten Phasenwert und dem zweiten Phasenwerte kann sich von jedem von dem dritten und vierten Phasenwert unterscheiden. Alternativ kann zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Phasenwert mit dem dritten Phasenwert identisch sein. So können die verschiedenen Sendekanäle bei einigen Ausführungsbeispielen unterschiedliche binäre Phasenmodulationsalphabete einsetzen.In some embodiments, the control circuit is configured to assign a sequence of first phases to the first sequence of FMCW chirps. The first phases include either a first phase value (e.g. 0°) or a second phase value (e.g. 180°, where the first phase value and the second phase value differ by 180°. On the first sequence of FMCW chirps So only one of the first and second phases can be used. Furthermore, the control circuit can be designed to assign a sequence of second phases to the second sequence of FMCW chirps. The second phases include a third phase value (e.g. 0 ° or 45°) and a fourth phase value (e.g. 180° or 225°), whereby the third phase value and the fourth phase value differ by 180°. So only one of the first and second phase values can be related to the first sequence of FMCW Chirps may be applied, and both the third and fourth phase values may be applied to the second sequence of FMCW chirps. At least one of the first phase value and the second phase values may be different from each of the third and fourth phase values. Alternatively, at least one of the first or second phase values may be identical to the third phase value. Thus, in some embodiments, the different transmission channels may use different binary phase modulation alphabets.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Senderschaltung der MIMO-Radarvorrichtung zusätzlich einen dritten Sendekanal und ist ausgebildet, über den dritten Sendekanal eine dritte Sequenz von FMCW-Radar-Chirps derart zu senden, dass die Start- und/oder Stoppfrequenzen von jedem von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der dritten Sequenz voneinander verschieden sind. So können Start- und/oder Stoppfrequenzen der FMCW-Radar-Chirps der dritten Sequenz in ähnlicher oder identischer Weise wie die Start- und/oder Stoppfrequenzen der FMCW-Radar-Chirps der ersten und der zweiten Sequenz geändert werden. Die Steuerschaltung kann ausgebildet sein, jedem FMCW-Radar-Chirp der ersten Sequenz eine erste Phase (z. B. 0°) zuzuweisen. Die Steuerschaltung kann ausgebildet sein, eine Sequenz von zweiten Phasen, die auf die FMCW-Radar-Chirps der zweiten Sequenz angewendet wird, zuzuweisen, wobei die Sequenz von zweiten Phasen die erste Phase (z. B. 0°) und eine andere zweite Phase (z. B. 180°) in einer für den zweiten Sendekanal spezifischen zeitlichen Reihenfolge umfasst. Erste und zweite Phase können sich um 180° unterscheiden. Ferner kann die Steuerschaltung ausgebildet sein, eine Sequenz dritter Phasen, die auf die FMCW-Radar-Chirps der dritten Sequenz angewendet wird, zuzuweisen, wobei die Sequenz dritter Phasen die erste Phase (z. B. 0°) und die zweite Phase (z. B. 180°) in einer für den dritten Sendekanal spezifischen zeitlichen Reihenfolge umfasst. Die für den dritten Sendekanal spezifische zeitliche Reihenfolge kann sich von der für den zweiten Sendekanal spezifischen zeitlichen Reihenfolge unterscheiden. Daher kann für die drei Sendekanäle ein binäres DDM-Schema verwendet werden. Dies kann zu einer guten Performance bei der Identifizierung von Zielen führen.In some embodiments, the transmitter circuit of the MIMO radar device additionally includes a third transmission channel and is configured to transmit a third sequence of FMCW radar chirps via the third transmission channel such that the start and/or stop frequencies of each of at least a portion of the FMCW radar chirps of the third sequence are different from each other. Thus, start and/or stop frequencies of the FMCW radar chirps of the third sequence can be changed in a similar or identical manner to the start and/or stop frequencies of the FMCW radar chirps of the first and second sequences. The control circuit can be designed to assign a first phase (e.g. 0°) to each FMCW radar chirp of the first sequence. The control circuit may be configured to assign a sequence of second phases to be applied to the FMCW radar chirps of the second sequence, the sequence of second phases comprising the first phase (e.g. 0°) and another second phase (e.g. 180°) in a time order specific to the second transmission channel. The first and second phases can differ by 180°. Further, the control circuit may be configured to assign a third phase sequence to be applied to the FMCW radar chirps of the third sequence, the third phase sequence comprising the first phase (e.g. 0°) and the second phase (e.g . B. 180°) in a time sequence specific to the third transmission channel. The time order specific to the third transmission channel may differ from the time order specific to the second transmission channel. Therefore, a binary DDM scheme can be used for the three transmission channels. This can lead to good performance in identifying targets.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, während zwei aufeinanderfolgende FMCW-Chirps der ersten Sequenz mit der ersten Phase (z. B. 0° | 0°) gesendet werden, die erste Phase einem ersten FMCW-Chirp der zweiten Sequenz und die zweite Phase einem nachfolgenden zweiten FMCW-Chirp der zweiten Sequenz (z. B. 0° | 180°) zuzuweisen. Ferner kann die Steuerschaltung ausgebildet sein, während vier aufeinanderfolgende FMCW-Chirps der ersten Sequenz mit der ersten Phase (z. B. 0° 0° | 0° | 0°) gesendet werden, die erste Phase zwei aufeinanderfolgenden FMCW-Radar-Chirps der dritten Sequenz zuzuweisen, gefolgt von der zweiten Phase, die zwei weiteren aufeinanderfolgenden FMCW-Radar-Chirps der dritten Sequenz (z. B. 0° | 0° | 180° | 180°) zugewiesen wird.In some embodiments, the control circuit is configured while transmitting two consecutive FMCW chirps of the first sequence with the first phase (e.g. 0° | 0°), the first phase to a first FMCW chirp of the second sequence and the second phase to assign a subsequent second FMCW chirp of the second sequence (e.g. 0° | 180°). Furthermore, the control circuit can be designed to transmit four consecutive FMCW chirps of the first sequence with the first phase (e.g. 0° 0° | 0° | 0°), the first phase of two consecutive FMCW radar chirps third sequence, followed by the second phase being assigned to two more consecutive FMCW radar chirps of the third sequence (e.g. 0° | 0° | 180° | 180°).
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die MIMO-Radarvorrichtung außerdem eine Empfängerschaltung mit zumindest einem Empfängerkanal umfassen. Der zumindest eine Empfängerkanal ist ausgebildet, ein Empfangssignal zu empfangen, das Reflexionen der ersten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps und der zweiten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps (und optional der dritten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps) entspricht. So können sich Reflexionen aller gleichzeitig gesendeten Sequenzen von FMCW-Radar-Chirps an einer Empfängerantenne überlagern. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann an der Empfängerseite mehr als eine Empfängerantenne (Empfängerkanal) eingesetzt werden.In some embodiments, the MIMO radar device may further include a receiver circuit with at least one receiver channel. The at least one receiver channel is designed to receive a received signal that corresponds to reflections of the first sequence of FMCW radar chirps and the second sequence of FMCW radar chirps (and optionally the third sequence of FMCW radar chirps). This means that reflections from all simultaneously transmitted sequences of FMCW radar chirps can be superimposed on a receiver antenna. In some embodiments, more than one receiver antenna (receiver channel) can be used on the receiver side.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Empfängerschaltung ausgebildet, eine erste FFT (Entfernungs-FFT) des Empfangssignals (Empfängerkanal) durchzuführen, um eine Mehrzahl von ersten FFT-Bins (Entfernungs-Bins) zu erzeugen. Die Empfängerschaltung kann ferner ausgebildet sein, eine zweite FFT (Doppler-FFT) unter Verwendung der ersten Bins (Entfernungs-Bins) durchzuführen, um eine Mehrzahl von zweiten FFT-Bins (Doppler-Bins) zu erzeugen. Die Empfängerschaltung kann ferner ausgebildet sein, die ersten und die zweiten Bins zu kombinieren, um (pro Empfangskanal) eine kombinierte Entfernungs-/Doppler-Karte für die Mehrzahl von Sendekanälen zu erhalten. Die kombinierte Entfernungs-/Doppler-Karte umfasst kombinierte Entfernungs-/Doppler-Information, die sich auf alle Sequenzen von FMCW-Radar-Chirps der verschiedenen Sendekanäle bezieht. Diese kombinierte Entfernungs-/Doppler-Information kann unter Berücksichtigung des vordefinierten DDM-Schemas getrennt und jedem der Sendekanäle zugeordnet werden.In some embodiments, the receiver circuit is configured to perform a first FFT (range FFT) of the received signal (receiver channel) to generate a plurality of first FFT bins (range bins). The receiver circuit may further be configured to perform a second FFT (Doppler FFT) using the first bins (range bins) to generate a plurality of second FFT bins (Doppler bins). The receiver circuit may further be configured to combine the first and second bins to obtain (per receive channel) a combined range/Doppler map for the plurality of transmit channels. The combined range/Doppler map includes combined range/Doppler information relating to all sequences of FMCW radar chirps from the various broadcast channels. This combined range/Doppler information can be separated and assigned to each of the transmission channels taking into account the predefined DDM scheme.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Empfängerschaltung ausgebildet, jeden der Sendekanäle basierend auf der Auswertung von Amplituden und/oder gegenseitigen Distanzen einer Mehrzahl von zweiten Bins (Doppler-Bins) zu identifizieren, die demselben ersten Bin (Entfernungs-Bin) der kombinierten Entfernungs-/Doppler-Karte zugeordnet sind. So können die verschiedenen Sendekanäle basierend auf Distanzen zwischen zweiten FFT-Bins, in denen Signalamplituden einen bestimmten Schwellenwert überschreiten, identifiziert werden. Beispielsweise kann das DDM-Phasenmuster von zumindest einem der Sendekanäle Zielerscheinungen in zwei zweiten FFT-Bins (die demselben ersten FFT-Bin zugeordnet sind) verursachen, die durch eine vordefinierte Bin-Distanz voneinander getrennt sind, die einer vorbestimmten Phasendifferenz entspricht. Die vorbestimmte Phasendifferenz ist beispielsweise 90°, was einer Bin-Distanz von Nr/2 entspricht, wobei Nr ein Anzahl von FMCW-Radar-Chirps innerhalb einer Sequenz bezeichnet.In some embodiments, the receiver circuit is configured to identify each of the transmit channels based on evaluation of amplitudes and/or mutual distances of a plurality of second bins (Doppler bins) that are the same first bin (range bin) of the combined range/Doppler card are assigned. In this way, the different transmission channels can be identified based on distances between second FFT bins in which signal amplitudes exceed a certain threshold value. For example, the DDM phase pattern of at least one of the transmit channels may cause target appearances in two second FFT bins (associated with the same first FFT bin) that are separated from each other by a predefined bin distance corresponding to a predetermined phase difference. The predetermined phase difference is, for example, 90°, which corresponds to a bin distance of N r /2, where N r denotes a number of FMCW radar chirps within a sequence.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Empfängerschaltung ausgebildet sein, einen Ersten der Mehrzahl von Sendekanälen basierend auf einem Paar von zweiten Bins mit einer gegenseitigen Bin-Distanz, die einer vorbestimmten Phasendifferenz entspricht, die dem vordefinierten Doppler-Divisions-Multiplex-Schema zugeordnet sind, zu identifizieren und zumindest einen Zweiten der Mehrzahl von Sendekanälen basierend auf Amplituden der verbleibenden zweiten Bins zu identifizieren, die demselben ersten Bin zugeordnet sind.In some embodiments, the receiver circuit may be configured to identify a first of the plurality of transmit channels based on a pair of second bins with a mutual bin distance corresponding to a predetermined phase difference associated with the predefined Doppler division multiplexing scheme and identify at least a second one of the plurality of transmission channels based on amplitudes of the remaining second bins associated with the same first bin.
Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die vorliegende Offenbarung ein MIMO-Radarverfahren vor. Das Verfahren umfasst:
- - Senden einer ersten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps über einen ersten Sendekanal, derart, dass die Start- und/oder Stoppfrequenzen jedes von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz voneinander verschieden sind,
- - Senden einer zweiten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps über einen zweiten Sendekanal, wobei die Start- und/oder Stoppfrequenzen jedes von zumindest einem Abschnitt der FMCW-Radar-Chirps der zweiten Sequenz voneinander verschieden sind,
- - wobei die erste und die zweite Sequenz von FMCW-Radar-Chirps gleichzeitig gesendet werden; und
- - Steuern des ersten und des zweiten Sendekanals, um Phasen der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz und der zweiten Sequenz gemäß einem vordefinierten Doppler-Divisions-Multiplex-Schema einzustellen.
- - sending a first sequence of FMCW radar chirps over a first transmission channel, such that the start and / or stop frequencies of each of at least a portion of the FMCW radar chirps of the first sequence are different from one another,
- - sending a second sequence of FMCW radar chirps over a second transmission channel, the start and / or stop frequencies of each of at least a portion of the FMCW radar chirps of the second sequence being different from one another,
- - wherein the first and second sequences of FMCW radar chirps are transmitted simultaneously; and
- - Controlling the first and second transmit channels to adjust phases of the FMCW radar chirps of the first sequence and the second sequence according to a predefined Doppler division multiplexing scheme.
Bei einigen Ausführungsbeispielen werden die Start- und Stoppfrequenzen jeweiliger nachfolgenden FMCW-Radar-Chirps der ersten und der zweiten Sequenz um einen vordefinierten Frequenzversatz erhöht oder verringert.In some embodiments, the start and stop frequencies of respective subsequent FMCW radar chirps of the first and second sequences are increased or decreased by a predefined frequency offset.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:
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1 zeigt ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Radarsignal-Verarbeitungskette; -
2 zeigt eine gemeinsame 2D-Entfernungs-/Doppler-Schätzung mit FMCW-Radar; Figurindex für die y-Achse ist Meile/Stunde, während die x-Achse in Metern ist -
3 veranschaulicht eine Azimut-Winkelschätzung unter Verwendung eines gleichmäßigen linearen Antennen-Arrays; -
4 veranschaulicht ein Konzept virtueller Array-Synthese ; -
5A zeigt ein Zeitmultiplexzugriff- (TDMA-; Time Division Multiple Access) MIMO-Radarübertragungsverfahren; -
5B zeigt ein Codemultiplexzugriff- (CDMA-; Code Division Multiple Access) MIMO-Radarübertragungsverfahren; -
6 zeigt ein FMCW-Radarsignal, das eine herkömmliche Sequenz von FMCW-Radar-Chirps umfasst; -
7A zeigt gemäß Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine MIMO-Radarvorri chtung; -
7B zeigt gemäß Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ein FMCW-Radarsignal, das eine gestufte Sequenz von FMCW-Radar-Chirps umfasst; -
8A veranschaulicht gemäß Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ein FMCW-Radarsignal, das eine gestufte Sequenz von FMCW-Radar-Chirps umfasst; -
8B veranschaulicht gemäß Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung phasengesteuerte Modulationsvektoren für verschiedene Sendekanäle; -
9 zeigt einen Empfängerprozess für ein gestuftes DDM-MIMO-Radarübertragungskonzept gemäß Ausführungsbeispielen; -
10 veranschaulicht den Effekt der DDM-MIMO-Radarübertragung auf ein Dopplerspektrum; und -
11 veranschaulicht die verbesserte Entfernungsauflösung, die mit der vorgeschlagenen abgestuften Sequenz von FMCW-Radar-Chirps erreichbar ist.
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1 shows a block diagram of a conventional radar signal processing chain; -
2 shows a joint 2D range/Doppler estimate with FMCW radar; Figure index for the y-axis is mile/hour while the x-axis is in meters -
3 illustrates azimuth angle estimation using a uniform linear antenna array; -
4 illustrates a concept of virtual array synthesis; -
5A shows a Time Division Multiple Access (TDMA) MIMO radar transmission method; -
5B shows a Code Division Multiple Access (CDMA) MIMO radar transmission method; -
6 shows an FMCW radar signal comprising a conventional sequence of FMCW radar chirps; -
7A shows a MIMO radar device according to an embodiment of the present disclosure; -
7B shows, in accordance with embodiments of the present disclosure, an FMCW radar signal comprising a stepped sequence of FMCW radar chirps; -
8A illustrates, in accordance with embodiments of the present disclosure, an FMCW radar signal that includes a stepped sequence of FMCW radar chirps; -
8B illustrates phased modulation vectors for various transmit channels in accordance with embodiments of the present disclosure; -
9 shows a receiver process for a staged DDM-MIMO radar transmission concept according to exemplary embodiments; -
10 illustrates the effect of DDM-MIMO radar transmission on a Doppler spectrum; and -
11 illustrates the improved range resolution achievable with the proposed stepped sequence of FMCW radar chirps.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.Various examples will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which some examples are shown. In the figures, the thicknesses of lines, layers and/or regions may be exaggerated for clarity.
Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Schutzbereich der Offenbarung fallen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktionalität bereitstellen.Accordingly, while further examples lend themselves to various modifications and alternative forms, some specific examples thereof are shown in the figures and will be described in detail below. However, this detailed description does not limit further examples to the specific forms described. Additional examples may cover all modifications, equivalents, and alternatives that fall within the scope of the disclosure. Same or similar reference number Throughout the description of the figures, references are made to the same or similar elements, which when compared to one another may be identical or implemented in modified form while providing the same or similar functionality.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig angegeben ist. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“. Das Gleiche gilt entsprechend für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.It is understood that when an element is referred to as being “connected” or “coupled” to another element, the elements may be connected or coupled directly, or through one or more intermediate elements. When two elements A and B are combined using an “or”, it is understood that all possible combinations are disclosed, i.e. H. only A, only B and A and B, unless explicitly or implicitly stated otherwise. An alternative formulation for the same combinations is “at least one of A and B” or “A and/or B”. The same applies to combinations of more than two elements.
Die Terminologie, die hierin zu dem Zweck des Beschreibens bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Ähnlich, wenn eine Funktionalität nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktionalität unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente und/oder Komponenten präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente, Komponenten und/oder irgendeiner Gruppe derselben ausschließen.The terminology used herein for the purpose of describing specific examples is not intended to limit other examples. If a singular form, e.g. For example, if "a, an" and "the, the, the" are used and the use of only a single element is neither explicitly nor implicitly defined as mandatory, other examples may also use plural elements to implement the same function. Similarly, if functionality is described below as being implemented using multiple elements, further examples may implement the same functionality using a single element or processing entity. It is further understood that the terms "comprises", "comprising", "comprising" and/or "having" when used, specify the presence of the specified features, integers, steps, operations, processes, acts, elements and/or components, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, processes, acts, elements, components and/or any group thereof.
Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (umfassend technische und wissenschaftliche Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung des Gebiets verwendet, zu dem die Beispiele gehören.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) are used herein in their usual meaning of the field to which the examples belong.
Ein Hochfrequenz- (HF- (RF; Radio Frequency)) Sendeempfänger-Frontend 110 wird verwendet, um Sende- (TX-) Radarsignale zu erzeugen, die über eine oder mehrere Sendeantennen 112 emittiert werden können. Die Radarsignale können sich in Frequenzbändern im Bereich von 3 MHz bis 300 GHz befinden. Automobil-Radarsysteme arbeiten üblicherweise auf Bändern in 24 GHz und 77 GHz Abschnitten des elektromagnetischen Spektrums, bekannt als mm-Wellenfrequenzen, sodass adäquate Geschwindigkeits- und Entfernungsauflösung erreicht werden können. Eine oder mehrere Empfangs- (Rx-) Antennen 114 werden verwendet, um elektromagnetische Wellen (Radarsignale) zu empfangen, die von Zielen reflektiert werden. Der Radarbetrieb umfasst Entfernung (Distanz), relative Geschwindigkeit und möglicherweise Richtungsschätzung. Letzteres kann ausgeführt werden, wenn mehr als eine Empfangsantenne in einem Empfangsantennen-Array verwendet wird. Radarsysteme, die sowohl mehrere Sende- als auch mehrere Empfangsantennen verwenden, werden allgemein als MIMO-Radare bezeichnet. Für ordnungsgemäße Sendeantennen-Beabstandung kann das Mehrere-Eingänge-Mehrere-Ausgänge- (MIMO-; multiple-input multiple output) Radar einen Phasengesteuertes-Array-Radar mit größerer Apertur emulieren. Dieses größere Array kann als virtuelles Array bezeichnet werden.A radio frequency (RF) transceiver
Ein dem HF-Sendeempfänger-Frontend 110 nachgeschalteter Entfernungsprozessor 120 ist ausgebildet, um Entfernungsschätzung auszuführen. Eine Entfernung R zu einem Ziel kann basierend auf der Round-Trip-Zeitverzögerung bestimmt werden, die die elektromagnetischen Wellen verwenden, um sich zu und von diesem Ziel auszubreiten: R =(cτ/2), wobei τ die Round-Trip-Zeitverzögerung in Sekunden ist und c die Lichtgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde ist. Somit ermöglicht die Schätzung von τ die Entfernungsmessung. Beispielsweise können pulsmodulierte kontinuierliche Wellen (CWs; continuous waves) periodische und kurze Leistungspulse und Ruheperioden umfassen. Die Ruheperioden ermöglichen es dem Radar, die reflektierten Signale zu empfangen, und dienen als Zeitmarken für den Radar zur Durchführung der Entfernungsschätzung. Mit einer gepulsten Radarkonfiguration, die frequenzmodulierte (FM-; frequency modulated) CW-Pulse verwendet, kann eine gleichzeitige Entfernungs-/Geschwindigkeits-Schätzung in Mehrziel-Verkehrsszenarien bereitgestellt werden. Ein FMCW-Radar sendet periodische FM-Chirps (auch bezeichnet als Pulse oder Rampen), deren Frequenz während des Pulses linear ansteigen kann. Das von einem Ziel reflektierte Empfangssignal wird konjugiert mit dem Sendesignal gemischt, um ein Niedrigfrequenz-Beat-Signal (auch bezeichnet als Basisbandsignal) zu erzeugen, dessen Frequenz die Entfernung des Ziels angibt. Diese Operation kann für P konsekutive FMCW-Chirps wiederholt werden. Zweidimensionale (2D-) Wellenformen 210 in
Der Entfernungsprozessor 120 kann ausgebildet sein, eine erste diskrete Fourier-Transformation (z. B. FFT) über die schnellen Zeit n auszuführen, um die Beat-Frequenz fb gekoppelt mit der Doppler-Frequenz fdzu erhalten. Diese Operation ist auch gemeinhin bekannt als Entfernungstransformation oder Entfernungs-Gating, was die Schätzung von einer Dopplerverschiebung entsprechend einem einmaligen Entfernungs-Gate oder -Bin durch die Anwendung einer zweiten Fourier-Transformation (z. B. FFT) über die langsame Zeit erlaubt. Dies kann durch ein Geschwindigkeits-Verarbeitungselement 130 ausgeführt werden. Somit kann eine Entfernungs-/Doppler-Karte 220 unter Verwendung einer 2D-FFT erzeugt werden, siehe
Bisher wurde angenommen, dass Automobil-Radare nur die Reflexion von den Zielen von Interesse empfangen, wie beispielsweise Fahrzeugen, die vorausfahren. Jedoch, zusätzlich zu den direkten Reflexionen von einem Ziel von Interesse empfängt das Radar zum Beispiel auch Reflexionen von Fahrbahnschutt, Leitplanken und Wänden. Diese ungewollte Rückgabe an dem Radar wird üblicherweise Clutter genannt. Die Anzahl von Cluttern in dem System verändert sich, da die das Fahrzeug umgebende Umgebung variiert. Somit können adaptive Algorithmen wie beispielsweise Constant-False-Alarm-Rate- (CFAR-; konstante Falschalarmrate) Verarbeitung und Space-Time-Adaptive-Processing (STAP; Raum-Zeit-Adaptive-Verarbeitung) verwendet werden, um den Effekt von Clutter zu mindern. Um gültige Ziele bei Vorhandensein von Clutter zu identifizieren, sollte ein Schwellenwert für die Zieldetektion geeignet ausgewählt werden. Falls die Amplitude der Entfernungs-/Doppler-Karte bei einer geschätzten Entfernung zum Beispiel größer als irgendein Schwellenwert ist, kann das Ziel als detektiert betrachtet werden. Somit sollte der Schwellenwert von dem Rauschen (z. B. Clutter) in dem gegebenen System abhängen. Mit zunehmendem Clutter kann ein höherer Schwellenwert ausgewählt werden. Ein einfaches CFAR-Verfahren, das auf Zell- oder Bin-Mittelung basiert, kann ein Gleitfenster verwenden, um den lokalen Clutter-Pegel durch Mitteln von mehreren Entfernungs-Bins herzuleiten. Diese beschriebene Schwellenwertauswahl und Ziel- (Peak-) Detektion wird in dem Verarbeitungsblock 140 ausgeführt.Previously, it was assumed that automotive radars only received reflection from targets of interest, such as vehicles in front. However, in addition to direct reflections from a target of interest, the radar also receives reflections from road debris, guardrails and walls, for example. This unwanted return to the radar is commonly called clutter. The number of clutters in the system changes as the environment surrounding the vehicle varies. Thus, adaptive algorithms such as Constant False Alarm Rate (CFAR) processing and Space-Time Adaptive Processing (STAP) can be used to reduce the effect of clutter reduce. To identify valid targets in the presence of clutter, a target detection threshold should be appropriately selected. For example, if the amplitude of the range/Doppler map at an estimated range is greater than some threshold, the target may be considered detected. Thus, the threshold should depend on the noise (e.g., clutter) in the given system. As clutter increases, a higher threshold can be selected. A simple CFAR method based on cell or bin averaging can use a sliding window to derive the local clutter level by averaging multiple range bins. This described threshold selection and target (peak) detection is carried out in
Die Verwendung von Breitband-Pulsen, wie beispielsweise FMCW-Pulsen, stellt eine Unterscheidung von Zielen sowohl in der Distanz als auch der Geschwindigkeit bereit. Die Unterscheidung in der Richtung kann unter Verwendung eines Mehrantennen-Arrays, wie beispielsweise in Mehrantennen-Radarsystemen, getroffen werden. Mehrantennen-Radarsysteme können mehrere Sender, mehrere Empfänger und mehrere Wellenformen einsetzen, um alle verfügbaren Freiheitsgrade auszunutzen. Um Ziele räumlich aufzulösen und eine umfassende Repräsentation der Verkehrsszene zu liefern, wird der Winkelstandort von Zielen geschätzt. Somit kann bei Automobil-Radaren der Standort eines Ziels im Hinblick auf ein kugeliges Koordinatensystem (R, θ, ρ) beschrieben werden, wobei (θ, ρ) jeweils Azimut- und Elevationswinkel bezeichnen. Ein einzelner Antennen-Radar-Aufbau reicht aus, um eine Entfernungs-Geschwindigkeits-Karte bereitzustellen aber reicht nicht aus, um Winkelinformation bereitzustellen, da der gemessenen Zeitverzögerung die Information im Hinblick auf die Winkelstandorte der Ziele fehlt. Um Richtungsschätzung zu ermöglichen, ist der Radar ausgebildet, um reflektierte Wellen mit mehreren Antennen zu empfangen. Zum Beispiel erfordert das Positionieren eines Ziels unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen in zwei Dimensionen, dass die reflektierten Wellendaten von dem Objekt in zwei individuellen Dimensionen gesammelt werden. Diese individuellen Dimensionen können unter Verwendung von Kombinationen aus Zeit, Frequenz und Raum über Empfangsantennen auf viele Weisen gebildet werden. Zum Beispiel bilden ein lineares Empfangsantennen-Array 114 und Breitband-Wellenformen wie beispielsweise FMCW zwei einmalige Dimensionen. Zusätzlich entsprechen kleinere Wellenlängen in mm-Welle-Bändern kleineren Aperturgrößen und somit können viele Antennenelemente dicht in ein Antennen-Array gepackt werden. Der effektive Strahlungsstrahl, der stärker und schärfer ist, erhöht somit wiederum die Auflösung von Winkelmessungen.The use of broadband pulses, such as FMCW pulses, provides discrimination of targets in both distance and speed. The discrimination in direction can be made using a multi-antenna array, such as in multi-antenna radar systems. Multi-antenna radar systems can employ multiple transmitters, multiple receivers, and multiple waveforms to exploit all available degrees of freedom. To spatially resolve targets and provide a comprehensive representation of the traffic scene, the angular location of targets is estimated. Thus, in automotive radars, the location of a target can be described in terms of a spherical coordinate system (R, θ, ρ), where (θ, ρ) denote azimuth and elevation angles, respectively. A single antenna radar setup is sufficient to provide a range-velocity map but is not sufficient to provide angular information because the measured time delay lacks information regarding the angular locations of the targets. To enable direction estimation, the radar is designed to receive reflected waves with multiple antennas. For example, positioning a target using electromagnetic waves in two dimensions requires that the reflected wave data from the object be collected in two individual dimensions. These individual dimensions can be formed in many ways using combinations of time, frequency and space via receiving antennas. For example, a linear receive
Betrachtet wird ein Antennen-Array, positioniert in Ebene z =0, und l sei die Abzisse entsprechend jeder Empfangsantennen-Position , siehe
im Verarbeitungsblock 150 des beispielhaften Radarsignal-Verarbeitungsblockdiagramm von
Weitere herkömmliche Automobil-Radarverarbeitung kann Ziel-Clustern 160, Ziel-Verfolgung 170 und optionale Sensorfusion 180 mit Sensordaten von anderen Umgebungssensortypen (z. B. Kamera, Lidar etc.) umfassen.Further conventional automotive radar processing may include
MIMO-Radarsysteme können mehrere Sender, mehrere Empfänger und mehrere Wellenformen einsetzen, um alle verfügbaren Freiheitsgrade auszunutzen. MIMO-Radare können in „weit auseinanderliegend“ oder „gemeinsam positioniert“ eingeteilt werden. Bei einem weit auseinanderliegenden MIMO-Radar erfassen die Sende-/Empfangsantenne unterschiedliche Aspekte des Radarquerschnitts (RCS; radar cross section) eines Ziels. Anders ausgedrückt, das Ziel scheint räumlich verteilt zu sein, was an jedem Antennenelement einen anderen RCS erzeugt. Diese RCS-Diversität kann zur Verbesserung der Radarperformance genutzt werden. Andererseits ist bei einem gemeinsam positionierten MIMO-Radar der von jedem Antennenelement beobachtete RCS ununterscheidbar.MIMO radar systems can employ multiple transmitters, multiple receivers, and multiple waveforms to exploit all available degrees of freedom. MIMO radars can be classified as “widely spaced” or “co-located.” With a widely spaced MIMO radar, the transmit/receive antennas capture different aspects of a target's radar cross section (RCS). In other words, the target appears to be spatially distributed, producing a different RCS at each antenna element. This RCS diversity can be used to improve radar performance. On the other hand, for a co-positioned MIMO radar, the RCS observed by each antenna element is indistinguishable.
Kraftfahrzeuge verwenden in der Regel gemeinsam positionierte MIMO-Radare, die in der Größe kompakt sind. Für eine richtige Senderbeabstandung kann das gemeinsam positionierte MIMO-Radar ein Phasengesteuertes-Array-Radar mit größerer Apertur emulieren, siehe
Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass, wenn dT =NR × dR, das MIMO-Radar ein reguläres 1-D-Array-Radar mit einem einzigen Tx und NT × NR Rx-Antennenelementen imitiert. Dies ist als virtuelle Array-Darstellung bekannt. Daher kann die räumliche Auflösung der FFT-basierten Zielabbildung um den Faktor NT verbessert werden.From the above equation, it can be seen that when d T =N R × d R , the MIMO radar imitates a regular 1-D array radar with a single Tx and NT × N R Rx antenna elements. This is known as a virtual array representation. Therefore, the spatial resolution of the FFT-based target mapping can be improved by a factor of N T.
Ein herausfordernder Aspekt des MIMO-Radars ist die Auswahl der Wellenformen. Die Wellenformen können z. B. im Frequenz-, Zeit- oder Code-Bereich orthogonal gemacht werden.A challenging aspect of MIMO radar is the selection of waveforms. The waveforms can e.g. B. can be made orthogonal in the frequency, time or code domain.
Bei einem MIMO-Radar ist der intuitivste und einfachste Weg, die von verschiedenen TX-Antennen (Tx-Kanälen) gesendeten Signale problemlos zu trennen, das alternative Senden, d. h. jeder Tx-Kanal sendet seine eigene Wellenform abwechselnd, und es gibt keine Überlappung zwischen irgendwelchen zwei Sendungen. Dies ist in
Doppler-Divisions-Multiplex- (DDM-) (auch als Codemultiplexen (CDM; Code Division Multiplexing) bezeichnet) MIMO-Wellenform bedeutet, dass die von verschiedenen TX-Kanälen gesendeten Signale durch verschiedene Reihen von Phasencodes moduliert werden, entweder in schneller Zeit oder in langsamer Zeit, sodass diese Signale in einem Radarempfänger getrennt/decodiert werden können. Da es keine ideale orthogonale Codesequenz mit guten Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften gibt, können die DDM-MIMO-Wellenformen die Orthogonalitätsanforderung nur annähernd zufriedenstellen. Bei der Schnelle-Zeit-DDM- (CDM-) Wellenform werden die Phasencodes in jedem Puls/Chirp durch das Trägersignal moduliert. Bei der Langsame-Zeit-DDM-Wellenform werden die Phasencodes zum Modulieren der Anfangsphasen der verschiedenen Chirps verwendet.
Die Chirp-Sequenz 600 umfasst einen Rahmen von NR FMCW-Radar-Chirps 602-1, 602-2, ..., 602-NR. Die Chirp-Sequenz 600 umfasst also NR FMCW-Radar-Chirps in dem langsamen Zeitbereich. Ein Beispiel wäre NR = 512. Jeder Chirp 602 weist eine Dauer von tdwell [dwell = verweilen] auf und umfasst eine Anzahl von Abtastwerten Nsamples [samples = Abtastwerte] (schnelle Zeit). Jeder Chirp 602 umfasst also Nsamples in dem schnellen Zeitbereich. Ein Beispiel wäre Nsamples = 1024. Bei einer Abtastfrequenz fs ist die Anzahl der Abtastwerte pro Rampe Nsamples = tdwell* fs. Ein Beispiel wäre fs = 25 MSPS. Ein Chirp-Wiederholungsintervall wird mit tR > tdWell bezeichnet, was die Zeit zwischen den jeweiligen Startzeitpunkten zweier aufeinanderfolgender Chirps 602 innerhalb der Sequenz 600 ist. Die Dauer der gesamten Chirp-Sequenz 600 ist somit tR * NR. Jeder Chirp 602 der Sequenz 600 weist die gleiche Startfrequenz fstart und die gleiche Stoppfrequenz fstop auf. Die Differenz zwischen der Stoppfrequenz fstop und der Startfrequenz fstart bezeichnet eine Wellenformmodulationsbandbreite BW. Ein Beispiel wäre BW = 220,3 MHz.The
Wie aus der Tabelle in
In der vorliegenden Offenbarung wird vorgeschlagen, eine effektive Modulationsbandbreite BW zu erhöhen, um eine höhere Entfernungsauflösung Rres für MIMO-Radarsysteme zu erreichen. Dies kann mit einem vordefinierten DDM-Schema kombiniert werden, um die Zeitbereichs- und Frequenzbereichs-Eigenschaften bei begrenzter Frequenzressource zu optimieren.The present disclosure proposes to increase an effective modulation bandwidth BW to achieve a higher range resolution R res for MIMO radar systems. This can be combined with a predefined DDM scheme to optimize the time domain and frequency domain characteristics with limited frequency resource.
Die MIMO-Radarvorrichtung 700 umfasst eine Senderschaltung 710. Die Senderschaltung 710 umfasst eine Mehrzahl von Tx-Kanälen 712-1, 712-2, 712-3. Jeder Tx-Kanal kann digitale und/oder analoge Hardwarekomponenten umfassen, wie z. B. Leistungssplitter, Phasenschieber, Leistungsverstärker und TX-Antennen. Obwohl
Die Senderschaltung 710 ist ausgebildet, über einen ersten Tx-Kanal 712-1 eine erste Sequenz von FMCW-Radar-Chirps zu senden. Im Gegensatz zu dem in
Da die erste und die zweite Sequenz von FMCW-Radar-Chirps gleichzeitig gesendet werden, ist es erforderlich, dass Signale von dem ersten Tx-Kanal 712-1 und dem zweiten Tx-Kanal 712-2 und dem optionalen dritten Tx-Kanal 712-3 an einem empfangenden Abschnitt 730 der MIMO-Radarvorrichtung 700 getrennt werden. Wie bereits erwähnt, kann dies durch Doppler Division Multiplexing (DDM) erreicht werden. Doppler Division Multiple Access (DDMA) ist ein Interchirp-Phasencodierungsschema („Langsame-Zeit“-Codierung). In dieser Konfiguration ist das Signalspektrum jedes Tx-Kanals leicht verschoben, sodass Wellenformen im Dopplerbereich getrennt werden können.Since the first and second sequences of FMCW radar chirps are transmitted simultaneously, it is necessary that signals from the first Tx channel 712-1 and the second Tx channel 712-2 and the optional third Tx channel 712- 3 can be separated at a
Zu diesem Zweck umfasst die MIMO-Radarvorrichtung 700 ferner eine Steuerschaltung 720, die ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Tx-Kanal 712-1, 712-2 (und den optionalen dritten Tx-Kanal 712-3) zu steuern, um Phasen der FMCW-Radar-Chirps der ersten Sequenz und der zweiten Sequenz (und einer optionalen dritten Chirp-Sequenz) gemäß einem vordefinierten DDM-Schema einzustellen. Wie in
Die MIMO-Radarvorrichtung 700 kann optional zusätzlich eine Empfängerschaltung 730 zum Empfangen von Reflektionen der gesendeten FMCW-Radarsignale umfassen. Die Empfängerschaltung 730 umfasst zumindest einen Rx-Kanal 732. Der zumindest eine Rx-Kanal 732 ist ausgebildet, ein Empfangssignal zu empfangen, das den Reflexionen der ersten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps, der zweiten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps und einer optionalen dritten Sequenz von FMCW-Radar-Chirps des optionalen dritten Tx-Kanals 712-3 entspricht. Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die Empfängerschaltung 730 nicht nur einen Rx-Kanal 732, sondern vier Rx-Kanäle 732-1, ..., 732-4 für ein verbessertes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (SNR; signal-to-noise ratio) und eine verbesserte Winkelauflösung. Die Empfängerschaltung 730 wird weiter unten näher erläutert. Der Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, erkennt, dass die Senderschaltung 710 und die Empfängerschaltung 730 integriert oder separat implementiert sein können und digitale und analoge Schaltungskomponenten umfassen können, die in FMCW-Radar-Sendeempfängern verwendet werden, umfassend, aber nicht beschränkt auf, z. B. Basisbandschaltungen, Mischerstufen, HF-Schaltungen, Digital-zu-Analog-Wandler (DACs; Digital-to-Analog Converters), Analog-zu-Digital-Wandler (ADCs; Analog-to-Digital Converters), Verstärker, Antennen und Ähnliches.The MIMO radar device 700 may optionally additionally include a
Eine Sequenz 750 von NR FMCW-Radar-Chirps 752 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist in
Bei dem dargestellten Beispiel von
Bei dem dargestellten Beispiel der gestuften FMCW-Chirp-Sequenz 750 von
Bei dem dargestellten Beispiel inkrementiert die Startfrequenz pro jedem Chirp 752 innerhalb der Chirp-Sequenz 750 um Δf Die Anzahl der Abtastungen Nsamples und andere Bedingungen können die gleichen sein wie bei der herkömmlichen FMCW-Wellenform von
Der Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, erkennt, dass die Startfrequenz auch pro jedem Chirp 752 innerhalb einer Chirp-Sequenz um Δf dekrementieren kann. Bei anderen Beispielen könnte die Startfrequenz nur bei jedem zweiten Chirp innerhalb einer Chirp-Sequenz inkrementieren oder dekrementieren. Es sind zahlreiche Variationen denkbar, um eine größere effektive Gesamtbandbreite BW der Chirp-Sequenz im Vergleich zu dem konventionellen Fall zu erreichen. Ausführungsbeispiele sind nicht auf die Chirp-Sequenz 750 des Beispiels aus
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können die gestuften FMCW-Wellenformen oder Sequenzen der Mehrzahl von Tx-Kanälen 712-1, ..., 712-3 mit einem vordefinierten DDM-Schema zur Tx-Kanaltrennung an der Empfangsseite kombiniert werden. Zu diesem Zweck kann die Steuerschaltung 720 (umfassend jeweilige Phasenschieber 722) ausgebildet sein, jedem Tx-Kanal 712-1, 712-2 und 712-3 eine einmalige Sequenz von Phasen zuzuweisen, die auf die jeweilige Sequenz von FMCW-Chirps des jeweiligen Tx-Kanals angewendet wird. Die Phasen für die jeweilige einmalige Sequenz von Phasen für jeden Tx-Kanal können im Allgemeinen aus einem M-ären Phasenmodulationsalphabet ausgewählt werden, wobei M ≥ 2 eine Ganzzahl ist. M = 2 würde ein binäres Phasenmodulationsalphabet bedeuten, z. B. mit den Phasen 0° und 180°,oder 45° und 225°, oder 90° und 270°, usw. M = 4 würde ein quaternäres Phasenmodulationsalphabet bedeuten, z. B. mit den Phasen 0°, 90°, 180° und 270°. Je höher M, desto mehr Tx-Kanäle können getrennt werden. Eine Sequenz von Phasen, die auf eine Chirp-Sequenz angewendet wird, kann auch als Phasenmodulationsvektor bezeichnet werden.According to the present disclosure, the stepped FMCW waveforms or sequences of the plurality of Tx channels 712-1, ..., 712-3 may be combined with a predefined DDM scheme for Tx channel separation at the receiving side. For this purpose, the control circuit 720 (comprising respective phase shifters 722) may be configured to assign each Tx channel 712-1, 712-2 and 712-3 a unique sequence of phases that correspond to the respective sequence of FMCW chirps of the respective Tx channel is applied. The phases for the respective unique sequence of phases for each Tx channel can generally be selected from an M-ary phase modulation alphabet, where M ≥ 2 is an integer. M = 2 would mean a binary phase modulation alphabet, e.g. B. with
Bei einem Ausführungsbeispiel können drei Tx-Kanäle 712-1, 712-2 und 712-3 durch Verwendung eines DDM-Schemas mit einem binären Phasenmodulationsalphabet (d. h. M = 2) getrennt werden. Ein Beispiel des DDM-Schemas für die jeweiligen Chirp-Sequenzen der drei Tx-Kanäle 712-1, 712-2 und 712-3 ist in
In
Die Steuerschaltung 720 ist ferner ausgebildet, die erste Phase φ1 und eine zweite Phase φ2 den FMCW-Chirps der zweiten Sequenz des zweiten Tx-Kanals 712-2 (Tx2) zuzuweisen. Bei dem in
Die Steuerschaltung 720 ist ferner ausgebildet, die erste Phase φ1 und die zweite Phase φ2 den FMCW-Chirps der dritten Sequenz des dritten Tx-Kanals 712-3 (Tx3) zuzuweisen. Auch hier ist eine zeitliche Reihenfolge der ersten Phase φ1 und der zweiten Phase φ2spezifisch für den dritten Tx-Kanal 712-3 und unterscheidet sich von der zeitlichen Reihenfolge der ersten Phase und der zweiten Phase für den zweiten Tx-Kanal 712-2. Zum Beispiel werden der erste und der zweite FMCW-Chirp der dritten Chirp-Sequenz mit der ersten Phase φ1 gesendet. Der dritte und der vierte FMCW-Chirp der dritten Chirp-Sequenz werden mit der zweiten Phase φ2 gesendet. Der fünfte und der sechste FMCW-Chirp der dritten Chirp-Sequenz werden mit der ersten Phase φ1 gesendet. Der siebte und der achte FMCW-Chirp der dritten Chirp-Sequenz werden mit der zweiten Phase φ2 gesendet usw. Der 1 × NR Phasenmodulationsvektor für den dritten Tx-Kanal 712-3 (Tx3) kann somit [φ1, φ1, φ2, φ2, φ1, φ1, φ2, φ2, ..., φ1, φ1, φ2, φ2] sein.The
Bei dem dargestellten Beispiel von
Der Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, erkennt, dass es nicht erforderlich ist, dass die erste Phase φ1 0° ist. Stattdessen könnte es ein beliebiger Phasenwert φ sein. Dann könnte die zweite Phase φ2z. B. auf φ+180° gewählt werden. Es ist nicht erforderlich, dass eine Phasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Phase unbedingt 180° ist. Andere Werte sind ebenfalls möglich.Those skilled in the art who will benefit from the present disclosure will recognize that it is not necessary for the
Wie bereits erwähnt, kann die in
Die Empfängerschaltung 730 ist ausgebildet, über den Rx-Kanal 732-n (n = 1, ..., NRx) ein jeweiliges Rx-Signal zu empfangen, das einer Überlagerung von Reflexionen der ersten Sequenz von FMCW-Radarchirps (von Tx1), der zweiten Sequenz von FMCW-Radarchirps (von Tx2) und der dritten Sequenz von FMCW-Radarchirps (von Tx3) entspricht. Die folgende Empfangsprozedur wird für einen Rx-Kanal 732 beschrieben. Dies kann jedoch auf eine Mehrzahl von Rx-Kanälen für die virtuelle Array-Synthese angewendet werden.The
Wie in dem beispielhaften Rx-Prozess 900 von
Nachdem die Entfernungs-Bins durch die Entfernungs-FFT erzeugt wurden, kann eine Doppler-FFT (über langsame Zeit) unter Verwendung der zuvor erhaltenen Entfernungs-Bins durchgeführt werden, um eine Mehrzahl von Doppler-Bins zu erzeugen, die Geschwindigkeitsinformation umfassen (siehe Schritt 906). Doppler-FFTs sind dem Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, allgemein bekannt. Nach der Durchführung der Doppler-FFT stehen kombinierte 2D-Entfernungs-/Doppler-KartenDaten für die Mehrzahl von Tx-Kanälen (Tx1 - Tx3) zur Verfügung. Für jeden Rx-Kanal kann eine jeweilige kombinierte 2D-Entfernungs-/Doppler-Karte erhalten werden.After the range bins are generated by the range FFT, a Doppler FFT (over slow time) can be performed using the previously obtained range bins to to generate a plurality of Doppler bins that include velocity information (see step 906). Doppler FFTs are well known to those skilled in the art who will benefit from the present disclosure. After performing Doppler FFT, combined 2D range/Doppler map data is available for the majority of Tx channels (Tx1 - Tx3). A respective combined 2D range/Doppler map can be obtained for each Rx channel.
Wenn mehr als ein Rx-Kanal verwendet wird, kann die Detektionswahrscheinlichkeit durch Summierung oder Integration der 2D-Entfernungs-/Doppler-Kartendaten aller Rx-Kanäle verbessert werden. So kann beispielsweise eine nichtkohärente Integration (NCI; noncoherent integration) der verfügbaren Entfernungs-/Doppler-Karten durchgeführt werden (siehe Schritt 908). Um eine 2D-Entfernungs-/Doppler-Referenzkarte zu erhalten, können adaptive Schwellenwert- und Spitzendetektionsalgorithmen wie die Constant False Alarm Rate- (CFAR-) Verarbeitung oder die Space-Time Adaptive- (STAP-) Verarbeitung verwendet werden, um den Effekt von Clutter abzuschwächen (siehe 910, 912). Die verbleibenden Spitzen (oberhalb eines bestimmten Signalschwellenwerts) in der 2D-Entfernungs-/Doppler-Referenzkarte können Ziele identifizieren und eine jeweilige Distanz (R) des Ziels von der MIMO-Radarvorrichtung 700 anzeigen.When more than one Rx channel is used, the detection probability can be improved by summing or integrating the 2D range/Doppler map data from all Rx channels. For example, noncoherent integration (NCI) of the available range/Doppler maps may be performed (see step 908). To obtain a 2D range/Doppler reference map, adaptive threshold and peak detection algorithms such as Constant False Alarm Rate (CFAR) processing or Space-Time Adaptive (STAP) processing can be used to reduce the effect of to mitigate clutter (see 910, 912). The remaining peaks (above a certain signal threshold) in the 2D range/Doppler reference map may identify targets and indicate a respective distance (R) of the target from the MIMO radar device 700.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Doppler-Bins, die einem Entfernungs-Bin der 2D-Entfernungs-/Doppler-Referenzkarte zugeordnet sind, aufgrund des vordefinierten DDM-Schemas immer noch mehrdeutig sein können. Entfernungsinformation kann jedoch eindeutig sein. Um eindeutige Doppler- (d.h. Geschwindigkeits-) Information aus der 2D-Entfernungs/Doppler-Referenzkarte zu erhalten, kann die Empfängerschaltung 730 ausgebildet sein, jeden der Tx-Kanäle (Tx1, Tx2, Tx3) basierend auf der Auswertung von Amplituden und/oder gegenseitigen Distanzen einer Mehrzahl von Doppler-Bins (Spitzen) zu identifizieren, die demselben Entfernungs-Bin der 2D-Entfernungs-/Doppler-Referenzkarte für jeden Rx-Kanal zugeordnet sind. Dies kann in Schritt 914 geschehen, der in die Schritte 914-1, 914-2 und 914-3 unterteilt werden kann.It is noted that the Doppler bins associated with a range bin of the 2D range/Doppler reference map may still be ambiguous due to the predefined DDM scheme. However, distance information can be unique. To obtain unique Doppler (i.e., velocity) information from the 2D range/Doppler reference map, the
Bei dem dargestellten Beispiel entspricht der (langsame) Frequenzindex 0 dem Phasenmodulationsvektor des Tx-Kanals Tx1 = [0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°]. Dabei ist die Phasendistanz zwischen benachbarten Elementen des Modulationsvektors 0°. Der (langsame) Frequenzindex -NR/2 entspricht dem Phasenmodulationsvektor des Tx-Kanals Tx2 = [0°, 180°, 0°, 180°, 0°, 180°, 0°, 180°]. Dabei ist die Phasendistanz zwischen benachbarten Elementen des Modulationsvektors 180°. Die (langsamen) Frequenzindizes ±NR/4 entsprechen dem Phasenmodulationsvektor des Tx-Kanals Tx3 = [0°, 0°, 180°, 180°, 0°, 0°, 180°, 180°]. Dabei ist die (durchschnittliche) Phasendistanz zwischen benachbarten Elementen des Modulationsvektors 90°.In the example shown, the (slow)
Aus
Die Doppler-Bin-Fenstergröße, in der Spitzenwerte entsprechend Tx1, Tx2 und Tx3 erwartet werden können, ist also bei dem dargestellten Beispiel 3Nr/4 . Jedes Paar der Spitzen in dem Doppler-Bin-Fenster weist eine Bin-Distanz von NR/4 auf. Somit kann die DDM-Synthese 914 einen Schritt 914-1 der Identifizierung des Doppler-Bin-Fensters durch Paarung von Spitzen in vier Doppler-Bins, die demselben Entfernungs-Bin zugeordnet sind, mit einer Doppler-Bin-Distanz von NR/4 zwischen benachbarten Spitzen umfassen. Schritt 914-1 liefert Spitzen-Dopplersignale, die den Tx-Kanälen Tx1, Tx2 und Tx 3 entsprechen.The Doppler bin window size in which peak values corresponding to Tx1, Tx2 and Tx3 can be expected is therefore 3N r /4 in the example shown. Each pair of peaks in the Doppler bin window has a bin distance of N R /4. Thus, the
Dann kann die DDM-Synthese 914 einen Schritt 914-2 der Identifizierung des Tx-Kanals Tx3 basierend auf der Auswertung der Spitzenamplituden und der gegenseitigen Distanzen der vier zuvor identifizierten Doppler-Bins umfassen, die demselben Entfernungs-Bin zugeordnet sind und sich in dem Doppler-Bin-Fenster von -Nr/2 bis Nr/4 befinden. Wie aus
Unter einer (anderen) Annahme, dass die Spitzen SNAPRX(i) P1 und SNAPRX(i) P3 dem Tx-Kanal Tx3 entsprechen, SNAPRX(i) P2 dem Tx-Kanal Tx1 entspricht und SNAPRX(i) P4 dem Tx-Kanal Tx2 entspricht, kann die Tx-Kanal-Identifizierung für alle Rx-Kanäle RX(1) bis RX(4) gemäß dem folgenden Pseudocode implementiert werden: Under a (different) assumption that the peaks SNAP RX(i) P1 and SNAP RX(i) P3 correspond to the Tx channel Tx3, SNAP RX(i) P2 corresponds to the Tx channel Tx1 and SNAP RX(i) P4 to that Tx channel corresponds to Tx2, the Tx channel identification for all Rx channels RX(1) to RX(4) can be implemented according to the following pseudocode:
Nachdem alle Tx-Kanäle Tx1, Tx2, Tx3 identifiziert worden sind, kann die DDM-Synthese 914 einen Schritt 914-3 zur Bestimmung von Entfernung und Geschwindigkeit für alle Tx-Kanäle Tx1, Tx2, Tx3 von der/den Spitze(n) umfassen, die dem nicht-modulierten Tx-Kanal (hier: Tx1) zugeordnet sind.After all Tx channels Tx1, Tx2, Tx3 have been identified, the
In Schritt 916 kann eine virtuelle Array-Synthese durchgeführt werden, indem die Ergebnisse der vorherigen Schritte für alle Rx-Kanäle kombiniert werden. Auf diese Weise können Entfernungs-/Doppler-Kartendaten für jedes Tx-Rx-Kanalpaar erzeugt werden.In
Mit den bisher erhaltenen Ergebnissen kann die Winkelberechnung 918 durch DoA- (Ankunftsrichtung-) Verarbeitung über das virtuelle Array umfassend jedes Tx-Rx-Kanalpaar durchgeführt werden. Die DoA-Verarbeitung kann durch die Durchführung einer 3. FFT (Winkel-FFT) über alle Antennen eines virtuellen Arrays hinweg erfolgen. Hier kann Phaseninformation der detektierten Spitzen in den Entfernungs-/Doppler-Karten verwendet werden.With the results obtained so far, the
Wie in
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.The aspects and features mentioned and described together with one or more of the previously detailed examples and figures may also be combined with one or more of the other examples to replace a like feature of the other example or to incorporate the feature into the other Introduce an additional example.
Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der vorangehenden Verfahren aufweist, sein oder sich auf ein solches beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, vorangehend beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeicherungsvorrichtungen, wie beispielsweise Digitaldatenspeicherungsmedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeicherungsvorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speicherungsmedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeicherungsmedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der vorangehend beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs; (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA; (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der vorangehend beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.Examples may further include or relate to a computer program that includes program code for executing one or more of the foregoing methods when the computer program is executed on a computer or processor. Steps, operations, or processes of various methods described above may be performed by programmed computers or processors. Examples may also cover program storage devices, such as digital data storage media, that are machine, processor, or computer readable and encode machine-executable, processor-executable, or computer-executable programs of instructions. The instructions perform or cause to be performed some or all of the steps in the procedures described above. The program storage devices can e.g. B. include or be digital storage, magnetic storage media such as magnetic disks and magnetic tapes, hard disk drives or optically readable digital data storage media. Further examples may also include computers, processors or control units that are programmed to carry out the steps of the methods described above, or (field) programmable logic arrays ((F)PLAs; (field) programmable logic arrays). Cover gate arrays ((F)PGA; (Field) Programmable Gate Arrays) programmed to carry out the steps of the methods described above.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Ferner sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur darstellenden Zwecken dienen, um den Leser bei dem Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle Aussagen hierin über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben sollen deren Entsprechungen umfassen.The description and drawings represent only the principles of the disclosure. Furthermore, all examples listed here are expressly intended to serve illustrative purposes only to assist the reader in understanding the principles of the disclosure and the concepts contributed by the inventor(s) to the further development of the technology. All statements herein regarding principles, aspects, and examples of the revelation, as well as specific examples thereof, are intended to include their equivalents.
Ein als „Mittel für...“ bezeichneter Funktionsblock, der eine bestimmte Funktion ausführt, kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist, eine bestimmte Funktion auszuführen. Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. eine Vorrichtung oder eine Schaltung, die ausgebildet ist für oder geeignet ist für die jeweilige Aufgabe.A functional block that performs a specific function, referred to as a "means for...", may refer to a circuit that is designed to perform a specific function. Thus, a “means for something” can be implemented as a “means designed for or suitable for something”, e.g. B. a device or a circuit that is designed for or suitable for the respective task.
Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente umfassend irgendwelche als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichnete Funktionsblöcke können in Form dedizierter Hardware, z. B. „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor- (DSP-; Digital Signal Processor) Hardware, Netzwerkprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), Nurlesespeicher (ROM; Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM; Random Access Memory) und nichtflüchtige Speicherung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch umfasst sein.Functions of various elements shown in the figures, including any functional blocks referred to as "means", "means for providing a signal", "means for generating a signal", etc., may be in the form of dedicated hardware, e.g. B. "a signal provider", "a signal processing unit", "a processor", "a controller" etc. as well as implemented as hardware capable of executing software in conjunction with associated software. When provided by a processor, the functions may be provided by a single dedicated processor, by a single shared processor, or by a plurality of individual processors, some or all of which may be shared. However, the term "processor" or "controller" is far from limited to hardware capable of executing software only, but can include digital signal processor (DSP) hardware, network processor, application specific integrated circuit (ASIC). ), field programmable gate array (FPGA), read only memory (ROM) for storing software, random access memory (RAM), and nonvolatile storage. Other hardware, conventional and/or custom, may also be included.
Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein detailliertes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und Ähnliches verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch eine Vorrichtung implementiert werden, die ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.For example, a block diagram may represent a detailed circuit diagram that implements the principles of the disclosure. Similarly, a flowchart, a sequence diagram, a state transition diagram, pseudocode, and the like may represent various processes, operations, or steps, for example, represented substantially in a computer-readable medium and so executed by a computer or processor, regardless of whether such Computer or processor is explicitly shown. Methods disclosed in the specification or claims may be implemented by an apparatus having means for carrying out each of the respective steps of these methods.
Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen eine einzelne Handlung, Funktion, Prozess, Operation oder Schritt jeweils mehrere Teilhandlungen, -funktionen, -prozesse, - operationen oder -schritte umfassen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können umfasst sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.It is to be understood that the disclosure of several steps, processes, operations or functions disclosed in the specification or claims should not be construed as being in the particular order unless explicitly or implicitly stated otherwise, e.g. B. for technical reasons. Therefore, the disclosure of multiple steps or functions does not limit them to a particular order, unless these steps or functions are not interchangeable for technical reasons. Further, in some examples, a single act, function, process, operation, or step may each include multiple sub-acts, functions, processes, operations, or -comprise steps and/or be broken down into the same. Such sub-steps may be included and be part of the disclosure of this individual step, provided they are not explicitly excluded.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Obwohl jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für irgendeinen anderen unabhängigen Anspruch umfasst sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.Furthermore, the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, where each claim may stand on its own as a separate example. Although each claim can stand on its own as a separate example, it should be noted that - although a dependent claim may refer to a particular combination with one or more other claims in the claims - other examples also include a combination of the dependent claim with the subject matter of each may include other dependent or independent claims. Such combinations are explicitly suggested here, unless it is stated that a particular combination is not intended. Furthermore, features of a claim should also be included for any other independent claim, even if that claim is not made directly dependent on the independent claim.
Claims (21)
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